elektronika analog dan digital - repository.unp.ac.idrepository.unp.ac.id/16736/1/job sheet...

The Creator, Designer, and the copy right is referred to Hal- Ir. Riki Mukhaiyar, ST.,MT.,Ph.D.

1

JOB SHEET PRAKTIKUM

ELEKTRONIKA ANALOG DAN DIGITAL

PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

(S-1)

Oleh :

IR. RIKI MUKHAIYAR, ST.,MT., Ph.D.

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI PADANG

2017

The Creator, Designer, and the copy right is referred to i Ir. Riki Mukhaiyar, ST.,MT.,Ph.D.

KATA PENGANTAR

Sebagai salah satu persyaratan untuk melengkapi jumlah mata kuliah teori dan

praktek yang harus dimiliki oleh mahasiswa teknik elektro universitas negeri padang

adalah praktikum elektronika analog dan digital.

Praktikum elektronika analog dan digital (EAD) adalah implementasi langsung

dari pengenalan seorang mahasiswa akan bentuk-bentuk rangkaian elektronika, baik itu

analog, digital, maupun konversi dari analog to digital dan digital to analog.

Sehingga pada akhir praktikum EAD ini diharapkan mahasiswa tidak mengalami

kesulitan dalam menyelesaikan skripsi/tugas akhir yang berhubungan dengan

perancangan alat dan dalam dunia kerja juga tentunya.

Padang, Februari 2017

Penulis,

Ir. Riki Mukhaiyar, ST.,MT.,Ph.D.

The Creator, Designer, and the copy right is referred to 2 Ir. Riki Mukhaiyar, ST.,MT.,Ph.D.

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ................................................................................................... i

Daftar Isi .............................................................................................................. ii

I. ELEKTRONIKA ANALOG ........................................................................ 1

CHAPTER 1 Dioda ............................................................................................ 1

1.1. Tujuan Praktikum .................................................................................. 1

1.2. Peralatan Yang Digunakan .................................................................... 1

1.3. Teori Singkat ......................................................................................... 1

1.3.1. Karakteristik Dioda ................................................................... 2

1.3.2. Dioda Sebagai Penyearah .......................................................... 2

1.3.3. Dioda Sebagai Filter .................................................................. 3

1.4. Tugas Pendahuluan ............................................................................... 3

1.5. Percobaan .............................................................................................. 3

1.5.1. Karakteristik Dioda ................................................................... 3

1.5.2. Dioda Sebagai Penyearah Gelombang Setengah dan Filter ...... 4

1.5.3. Dioda Sebagai Penyearah Gelombang Penuh dan Filter ........... 5

1.6. Lembaran Kerja ..................................................................................... 5

1.6.1. Tugas dan Pertanyaan ................................................................ 5

CHAPTER 2 Transistor Bipolar ....................................................................... 6


2.2. Peralatan Yang Digunakan .................................................................... 6

2.3. Teori Singkat ......................................................................................... 6

2.3.1. Disipasi Kolektor ....................................................................... 7

2.3.2. Garis Beban DC ......................................................................... 7

2.3.3. Titik Kerja .................................................................................. 8

2.4. Tugas Pendahuluan ................................................................................ 9

2.5. Percobaan ............................................................................................... 9

2.5.1. Rangkaian Uji Coba Transistor .................................................. 9

2.5.2. Karakteristik Transistor .............................................................. 10

2.5.3. Garis Beban ................................................................................ 10


2.5.4. Mengamati Bentuk Gelombang Keluaran .................................. 10

2.6. Lembaran Kerja ...................................................................................... 11

2.6.1. Tugas dan Pertanyaan ................................................................ 11

CHAPTER 3 Penguat Operasional (OP-AMP) ............................................... 12


3.2. Peralatan Praktikum Yang Digunakan .................................................. 12

3.3. Teori Singkat ......................................................................................... 12

3.3.1. Karakteristik Op-Amp ............................................................... 12

3.3.2. Penguat Differensial (Differential Amplifier) ........................... 14

3.3.3. Op-Amp Dengan Umpan Balik ................................................. 15

3.3.3.1. Penguat Inverting ........................................................ 15

3.3.3.2. Penguat Non-Inverting ................................................ 16

3.3.4. Tegangan dan Arus Offset .......................................................... 17

3.3.4.1. Tegangan Masukan Offset (Input Offset Voltage) ...... 18

3.4. Tugas Pendahuluan ................................................................................. 20

3.5. Percobaan ................................................................................................ 20

3.5.1. Pengukuran Resistansi Keluaran, Ro .......................................... 20

3.5.2. Pengukuran Penguatan Terbuka .................................................. 22

3.5.3. Pengukuran Resistansi Input, Ri .................................................. 22

3.5.4. Pengukuran Tegangan Offset Input dan Pengaruh Suhu ............. 23

3.5.5. Pengukuran Arus Bias dan Arus Offset Input ............................. 24

3.5.6. Pengukuran CMRR ..................................................................... 25

3.5.7. Penguat Inverting ........................................................................ 25

3.5.8. Penguat Non-Inverting ................................................................ 26

3.6. Lembaran Kerja ....................................................................................... 27

3.6.1. Tugas dan Pertanyaan ................................................................. 27

3.6.1.1. Hasil Pengamatan ......................................................... 27

3.6.1.2. Kesimpulan ................................................................... 27

3.6.1.3. Perhitungan ................................................................... 27

CHAPTER 4 Dasar Penguat ................................................................................ 28


4.1. Tujuan Praktikum ................................................................................... 28

4.2. Peralatan Praktikum Yang Digunakan ................................................... 28

4.3. Teori Singkat .......................................................................................... 28

4.3.1. Impedansi Input .......................................................................... 28

4.3.2. Impedansi Output ........................................................................ 29

4.3.3. Penguat Daya dan Tegangan ....................................................... 30

4.3.4. Fasa Input dan Fasa Output ......................................................... 30


4.5. Percobaan ................................................................................................ 31

4.5.1. Mencari Impedansi Input ............................................................ 31

4.5.2. Mencari Impedansi Output ......................................................... 31

4.5.3. Mencari Faktor Penguatan .......................................................... 31

4.6. Lembaran Kerja ...................................................................................... 31


CHAPTER 5 Penguat Daya ............................................................................... 33



5.3. Teori Singkat .......................................................................................... 33

5.3.1. Penguat Daya Kelas A ................................................................ 34

5.3.2. Penguat Daya Kelas B ................................................................ 34

5.3.3. Penguat Daya Kelas AB .............................................................. 34

5.3.4. Penguat Daya Kelas C ................................................................ 35

5.3.5. Penguat Daya Push-Pull ............................................................. 36


5.5. Percobaan ................................................................................................ 38

5.5.1. Penguat Daya Kelas A ................................................................. 38

5.5.2. Penguat Daya Kelas B ................................................................. 38

5.5.3. Penguat Push-Pull Kelas B .......................................................... 39

5.5.4. Penguat Push-Pull Kelas AB ....................................................... 40

5.6. Lembaran Kerja ....................................................................................... 40

5.6.1. Tugas dan Pertanyaan .................................................................. 40


II. ELEKTRONIKA DIGITAL .......................................................................... 41

CHAPTER 6 Rangkaian Logika ......................................................................... 41



6.3. Teori Singkat .......................................................................................... 41

6.3.1. Gerbang AND ............................................................................. 41

6.3.2. Gerbang OR ................................................................................ 42

6.3.3. Gerbang NOT .............................................................................. 43

6.3.4. Gerbang NAND ........................................................................... 44

6.3.5. Gerbang NOR .............................................................................. 45


6.5. Percobaan ................................................................................................ 46

6.5.1. Gerbang AND, OR, NOT, NAND, dan NOR ............................. 46

6.5.2. EXOR Dengan Gerbang NAND ................................................. 47

6.5.3. EXOR Dengan Gerbang NOR ..................................................... 48

6.6. Lembaran Kerja ....................................................................................... 48

6.6.1. Tugas dan Pertanyaan .................................................................. 48

CHAPTER 7 Flip-Flop ....................................................................................... 49



7.3. Teori Singkat .......................................................................................... 49

7.3.1. RS Flip-Flop Dengan Menggunakan Gerbang NOR ................. 49

7.3.2. RS Flip-Flop Dengan Menggunakan Gerbang NAND .............. 50

7.3.3. D Flip-Flop ................................................................................. 51

7.3.4. T Flip-Flop ................................................................................. 51

7.4. Tugas Pendahuluan ................................................................................ 51

7.5. Percobaan ............................................................................................... 52

7.5.1. RS Flip-Flop Dengan Menggunakan Gerbang NOR ................. 52

7.5.2. RS Flip-Flop Dengan Menggunakan Gerbang NAND .............. 52

7.5.3. D Flip-Flop Dengan IC SN 7474 ............................................... 53

7.5.4. T Flip-Flop Dengan IC SN 7474 ............................................... 54


7.6. Lembaran Kerja ...................................................................................... 54



PRAKTIKUM ELEKTRONIKA ANALOG DAN DIGITAL

FAKULTAS TEKNIK UNP JOBSHEET/LABSHEET

JURUSAN : Teknik Elektro NOMOR : 1 PROGRAM STUDI : Pendidikan Teknik Elektro

WAKTU : 3 jam

KODE : ELO 143 TOPIK : Dioda (Karakteristik, dioda sebagai penyearah, dan dioda sebagai filter

1.1. Tujuan Praktikum

3.1.Memahami karakteristik dioda biasa dan dioda zener serta dapat juga memahami

penggunaan dari masing-masing dioda tersebut.

3.2.Mempelajari bermacam-macam rangkaian filter/penapis yang biasa digunakan

pada suatu sumber tegangan DC.

1.2. Peralatan Praktikum Yang Digunakan

1. Kit Praktikum Dioda

2. CRO

3. AFG

4. Tahanan Geser

5. Multimeter

6. Kabel Penghubung

1.3. Teori Singkat

Penggunaan dioda yang paling umum adalah sebagai penyearah. Dioda

menyearahkan tegangan AC menjadi tegangan DC. Analisa penyearahan

gelombang penuh dengan filter C dapat dilihat pada buku karangan Millman and

Halkias, Integrated Electronics, page 113.

Persamaan penyearahan memperlihatkan tegangan DC [volt] yang dihasilkan oleh

penyearah berupa dioda adalah :

fC

IVV dc

mdc4

dan fC

RO4

1 ....................................................... [1]

Dimana :


Vm : adalah tegangan puncak atau tegangan maksimum AC [volt]

f : adalah frekuensi dari sinyal AC [Hz]

C : adalah besar kapasitor yang terpasang, dimana kapasitor berfungsi

sebagai filter di keluaran penyearah [F, farad]

Tegangan DC ideal adalah tegangan yang memiliki nilai Ro = 0.

Dari persamaan [1], terlihat bahwa kondisi ini akan terpenuhi dengan memasangkan

kapasitansi C sebesar mungkin. Proses penyearah menghasilkan tegangan DC yang

masih mengandung ripple atau riak, yaitu tegangan AC kecil yang menumpang di

atas sinyal DC. Dengan memperbesar nilai C, diharapkan dapat menekan tegangan

riak serendah mungkin. Selain itu kapasitansi C berfungsi sebagai regulator atau

pengstabil sinyal DC yang dihasilkan.

Dalam percobaan ini praktikan akan mencari nilai tahanan keluaran

rangkaian sumber tegangan DC, Ro, dan membandingkan Ro untuk berbagai bentuk

filter, dan melihat pengaruh pembebanan pada besar tegangan riak.

1.3.1. Karakteristik Dioda

Dalam percobaan ini, praktikan akan mengamati karakteristik I-V dari tiga

jenis dioda, yaitu : dioda germanium (Ge), dioda silikon (Si), dan dioda Zener.

Dioda Ge dan dioda Si adalah dioda yang umum, yang berbeda hanya bahannya.

Sedangkan dioda zener adalah dioda silikon yang dibuat khusus sebagai penstabil

tegangan DC.

Dengan menggunakan rangkaian praktikum yang tersedia, amati dan pahami:

tegangan nyala dioda (cut-in) dan tegangan rusak (breakdown). Dari kurva

karakteristik yang diperoleh, nantinya praktikan dapat menghitung besar resistansi

dinamis dioda pada suatu titik kerja yang ada di kurva. Terakhir adalah praktikan

dapat mempelajari penggunaan dioda berdasarkan karakteristik tersebut.

1.3.2. Dioda Sebagai Penyearah

Dalam percobaan ini, praktikan akan mengamati tiga jenis penyearah

gelombang sinus, yaitu penyearah gelombang setengah (half-wave), penyearah

gelombang penuh (full-wave) menggunakan transformator ber-center tap, dan


penyearah gelombang penuh (full-wave) yang menggunakan transformator yang

tidak ber-center tap (dengan rangkaian jembatan).

Dengan menggunakan rangkaian percobaan yang ada, praktikan diharapkan

dapat mengamati dan memahami : perbedaan penyearahan gelombang setengah dan

penyearahan gelombang penuh, pengaruh tegangan nyala atau cut-in serta bentuk

karakteristik dioda pada keluaran, dan pengaruh beban untuk masing-masing jenis

penyearah.

1.3.3. Dioda Sebagai Filter

Dalam percobaan ini praktikan hanya akan mengamati beberapa jenis filter,

khususnya tipe RC, yaitu filter C, filter R-C, dan filter C-R-C.

1.4. Tugas Pendahuluan

1. Turunkan persamaan [1].

2. Carilah besar Ro untuk filter C = 1000μF dan frekuensi input = 50 Hz

(penyearah jembatan)

3. Terangkan bagaimana cara memperoleh Ro?

4. Carilah apa keuntungan dari penambahan komponen induktansi L (filter LC dan

filter CLC) dibandingkan filter C, RC, dan CRC.

Catatan :

Jawaban tugas ini sebagian besar diperoleh setelah mempelajari bab 4.8, 4.9, dan

4.10 dari Millman and Halkias, Integrated Electrinics.

1.5. Percobaan

1.5.1. Karakteristik Dioda

1. Buatlah rangkaian percobaan seperti Gambar 1.1.

2. Hubungkan terminal X dan Y ke kanal CRO.

3. Dengan mengubah-ubah besar tegangan masukan Vi amati dan catat tegangan

cut-in, tegangan breakdown dan bentuk karakteristik dioda.

4. Ulangi untuk beberapa jenis dioda lainnya.


Gambar 1.1. Pengukuran Karakteristik Dioda

1.5.2. Dioda Sebagai Penyearah Gelombang Setengah dan Filter

1. Buat rangkaian penyearah gelombang setengah (Gambar 1.2).

Gambar 1.2. Penyearah Setengah-Gelombang

2. Hubungkan CT (center-tap) trafo dengan C, pasang beban berupa tahanan geser.

Hitung Vo.

3. Amati secara kualitatif bentuk gelombang, frekuensi gelombang, dan pengaruh

pemasangan C terhadap tegangan riak.

4. Untuk suatu nilai C konstan, ubah-ubahlah besarnya beban dan amati

pengaruhnya pada tegangan riak.

1.5.3. Dioda Sebagai Penyearah Gelombang Penuh dan Filter

1. Buat rangkaian penyearah gelombang penuh (Gambar 1.3)

2. Amati secara kualitatif bentuk dan frekuensi gelombangnya.

3. Pasanglah sebuah nilai C dan amati bentuk riaknya dan amati juga pengaruh

pembebanan pada bentuk riaknya.

4. Pengukuran Ro :


Lepaskan beban. Ukur dengan multimeter tegangan keluarannya. Hubungkan

kembali beban dan aturlah hingga diperoleh tegangan output = setengah

tegangan hasil pengukuran di atas.

220V/50Hz

RL

D

VoC

D

D

D

Gambar 1.3. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh

5. Gantilah filter-nya dengan filter C-R-C dengan memasang penghubung yang

sesuai.

6. Ulangi langkah kerja 5 dengan filter C-L-C.

1.6. Lembaran Kerja

1.6.1. Tugas dan Pertanyaan

1. Tegangan cut-in dioda [volt] :

Ge = .......... Volt

Si = .......... Volt

Zener = .......... Volt

2. Tegangan break down [volt]

Ge = .......... Volt

Si = .......... Volt

Zener = .......... Volt

3. Sebutkan perbedaan utama karakteristik masing-masing dioda!

4. Dari percobaan penyearah, sebutkan perbedaan penyearah gelombang penuh dua

dioda dengan penyearah jembatan!

5. Jika :

a. C = 1000μF, tentukan resistansi keluaran, Ro!

b. C = 2200μF, tentukan resistansi keluaran, Ro!

c. C-R-C, tentukan resistansi keluaran, Ro!

6. Sebutkan hubungan antara besar RL, besar tegangan riak, dan regulasi tegangan!





WAKTU : 3 jam

KODE : ELO 143 TOPIK : Transistor Bipolar (Karakteristik transistor bipolar)


Mempelajari karakteristik IC-VCE transistor dan pengertian mengenai garis

beban serta titik kerja.


1. Kit Praktikum Karakteristik Transistor Bipolar

2. Perekam X-Y (recorder)

3. Generator Fungsi

4. Sumber Daya

5. Multimeter Analog

6. Kabel Penghubung

2.3. Teori Singkat

Transistor harus dioperasikan di daerah linier agar diperoleh sinyal keluaran

yang tidak mengalami distorsi (cacat). Untuk dapat mengoperasikan transistor

secara tepat, pengertian dari karakteristik, titik-kerja, disipasi daya transistor, dan

rangkaian bias (ada yang menyebut pra-tegangan, tegangan-kerja awal), sangatlah

penting.


C

CC

R

V

CCV

Gambar 2.1. Karakteristik IC-VCE Sebuah Transistor Bipolar

i) Disipasi Kolektor

Gambar 2.1. menunjukkan karakteristik besar arus yang mengalir di kolektor

sebuah transistor jenis bipolar, IC, terhadap perubahan tegangan kolektor-emitor

(VCE). Karakteristik ini disebut karakteristik IC-VCE. Transistor bekerja dengan

aman di daerah sebelah kiri (dan bawah) dari kurva disipasi daya kolektor (garis

putus-putus). Besar daya yang didisipasikan di kolektor transistor, merupakan hasil

kali tegangan kolektor-emitor dengan arus kolektor, P = VCE x IC. Daya disipasi

maksimum transistor tidak boleh dilampaui. Hal ini ditentukan oleh pabrik

pembuat transistor tersebut yang dapat dilihat pada lembaran data atau data sheet

dari buku data transistor.

ii) Garis Beban DC

Perilaku penguat transistor dapat dianalisa secara grafis. Dengan bantuan

karakteristik IC-VCE dan sebuah garis beban yang kita tarik di kurva tersebut, dapat

kita tentukan besar sinyal masukan Vi yang dapat diberikan ke transistor.

Persamaan garis beban

Garis beban dapat digambar melalui persamaan garis beban. Persamaan diperoleh

dari hukum persamaan tegangan kirchoff, yaitu :

CECCCC VRIV ..................................................................... [2.1]


Dari persamaan [2.1], tempat kedudukan dapat ditentukan dengan menghitung

sepasang koordinat (IC, VCE) yang dengan mudah diperoleh dengan memasukkan

nilai istimewa, yaitu IC = 0 dan VCE =0. Diperoleh koordinat (IC, VCE) pertama =

(VCC, 0) dan koordinat kedua(0, VCC/RC).

Kedua titik merupakan titik potong garis beban dengan sumbu-datar VCE dan

sumbu tegak IC. Garis beban kini dapat digambarkan ke atas kurva karakteristik IC,

VCE. Garis beban kemudian dapat kita gunakan untuk menentukan besar sinyal

masukan Vi ke transistor. Besar simpangan maksimum Vi tergantung kepada

faktor kemiringan garis beban, = -1/RL. Kemiringan garis beban, diatur dengan

mengubah tegangan sumber VCC dan nilai resistor kolektor RC.

iii) Titik Kerja

Garis beban akan memotong sekelompok kurva arus basis konstan IB.

Dengan IB tertentu (yang diatur rangkaian bias), garis beban akan memotong kurva

IB tersebtu di titik Q. Titik ini disebut titik kerja transistor. Titik kerja (tegangan

dan arus) menjadi kondisi awal pengoperasian transistor sebelum diberi sinyal

untuk diproses. Sinyal yang diterapkan ke transistor kelak, akan menggeser titik

kerja awal (Q) dari posisi semula. Artinya, lihat Gambar 2.1, sama dengan

mengubah nilai IB yang mengalir di transistor.

Perilaku Penguat

Dengan hadirnya sinyal Vi, titik kerja akan digeser dari posisi awal, naik-turun

sepanjang garis beban sesuai dengan perubahan sinyal. Sinyal masukan ini

mungkin saja membawa titik kerja di garis beban IC-VCE, ke batas atas (A) atau

batas bawah (B). Pada batas atas (kiri), arus mengalir penuh. Pada kondisi ini, VCE

≈ 0, IC = VCC/RC (dicari dari persamaan garis beban di atas); transistor tersebut

jenuh karena bekerja di daerah jenuh atau saturasi. Sinyal masukan mungkin pula

menggeser titik kerja transistor hingga ke batas bawah (kanan). Disini sama sekali

tidak arus kolektor, IC = 0, tegangan VCE = VCC. Transistor disebut berada dalam

keadaan padan atau cut-off.

Dalam percobaan praktikan akan mengamati pengaruh letak titik kerja yang

ditentukan dengan mengubah rangkaian bias, sehingga mendapatkan IB tertentu.


Untuk dicatat, pengaturan IB harus dilakukan berhati-hati agar disipasi maksimum

kolektor tidak dilampaui.


1. Tentukan besar arus IB dan IC rangkaian transistor Gambar 2.2 (a). Dimana β =

100 dan ICO = 20 nA

2. Lakukan hal serupa untuk Gambar 2.2 (b)

Gambar 2.2

2.5. Percobaan

Rangkaian Uji Coba Transistor

Gambar 2.3


Buat rangkaian percobaan seperti Gambar 2.3. Selanjutnya ukur IC, VCE (VX), VBB,

VCC, IB, dan IC.

Karakteristik Transistor

1. Dari Gambar 2.3, dengan mengatur RB, tentukan besar arus IB terkecil yang

dapat diamati. Catat nilai ini, kemudian ubahlah tegangan VCC mulai dari 0 Volt

hingga 10 Volt dengan kenaikan 1 Volt. Catat besar arus kolektor IC untuk

setiap kenaikkan, dan jaga agar arus IB selalu tetap (konstan).

2. Ulangi langkah kerja 1 untuk 6 buah nilai IB yang berbeda, yang lebih besar.

Nilai-nilai IB bebas, dapat dipilih sendiri. Hati-hati dengan daya disipasi

maksimum transistor.

Gambar kurva karakteristik IC-VCE yang dihasilkan alat perekam X-Y

seharusnya mirip dengan Gambar 2.1.

Garis Beban

Pilih nilai tegangan sumber VCC = 10 Volt. Dengan mengatur VBB, ubahlah IB

mulai dari 0 mA hingga nilai tertinggi yang dapat kita peroleh dari percobaan di

atas.

Mengamati Bentuk Gelombang Keluaran

Dengan tegangan sumber tetap VCC = 10 Volt. Aturlah IB untuk mendapatkan

titik kerja Q. Hubungkan sinyal generator ke masukan penguat dan amati bentuk

gelombang keluarannya.

Pengamatan Ulang Bentuk Gelombang. Ulangi prosedur untuk titik kerja

lainnya hingga diperoleh titik-B, titik-Q, dan titik-A di garis beban.

Referensi : Milman and Halkias, Integrated Electronics, Bab 5.6, 5.7, dan 5.8.


2.6. Lembaran Kerja

Tugas dan Pertanyaan

1. Sebutkan kegunaan dari garis beban, dan informasi mengenai apakah yang

dibutuhkan untuk menggambarkannya!

2. Gambarkan garis disipasi kolektor maksimum untuk transistor jenis 2N2219

(Pmax = ..... mW)!

3. Bagaimana bentuk dari gelombang keluaran untuk masing-masing titik kerja?

Mengapa terjadi demikian? Terangkan!

4. Apakah titik kerja yang anda pilih masih berada di dalam daerah linier? Di

daerah titik kerja manakah menurut anda karakteristik transistor tersebut tidak

linier lagi?





WAKTU : 3 jam

KODE : ELO 143 TOPIK : Penguat Operational (Karakteristik statik op-amp)


Mempelajari karakteristik statik Op-Amp.


1. Kit Praktikum Karakteristik Op-Amp

2. Sumber Tegangan DC

3. Voltmeter DC

4. CRO

5. Generator Sinyal

6. Kabel Penghubung

3.3.Teori Singkat

3.3.1. Karakteristik Op-Amp

Op-Amp alias penguat operasional memiliki karakteristik sebagai berikut :

a. Penguatan Tegangan, Av besar sekali (>104)

b. Impedansi Masukan, Ri tinggi (>104Ω)

c. Impedansi Keluaran, Ro rendah (<250Ω)

d. Lebar Bidang/Pita Frekuensi (bandwidth) DC hingga frekuensi tinggi

e. Drift terhadap temperatur rendah

Data penguat operasional di atas biasanya diidealkan untuk mempermudah

analisa rangkaian. Karakteristik ideal untuk Op-Amp adalah ,Av Ri ,

0Ro , tidak terjadi drift terhadap temperatur, serta tegangan offset nol (tegangan

offset adalah tegangan ”tambahan” yang harus ditambahkan di bagian Op-Amp

sedemikian hingga tegangan keluaran yang semula tidak sama dengan nol, menjadi


nol pada kondisi sinyal yang di kedua masukan (Op-Amp memiliki 2 masukan, 1

keluaran), sama besar.

Rangkaian utama suatu penguat operasional adalah suatu penguat

differensial. Penguat differensial mempunyai dua masukan, V1 dan V2, yang disebut

masukan berbalik (inverting) dan masukan tak-berbalik (non-inverting). Fasa sinyal

keluaran akan berbalik 180O terhadap fasa sinyal yang diterapkan ke masukan

inverting; fasa sinyal akan sama dengan fasa sinyal yang diterapkan ke masukan

non-inverting. Penguat operasional hampir semuanya mempunyai satu output (Vo).

Gambar di bawah ini memperlihatkan simbol sebuah penguat operasional (Op-

Amp).

Gambar 3.1 Simbol penguat operasional, Op-Amp mempunyai 2 masukan

inverting (-) dan non-inverting (+), dan sebuah keluaran. Kedua terminal lain, di atas dan di bawah adalah untuk sumber daya

Op-Amp diwujudkan dalam bentuk rangkaian terintegrasi (IC-Integrated

Circuit), dengan kaki-kaki, disebut pin, yang menempel, yang mempunyai fungsi

tertentu seperti masukan inverting, non-inverting, keluaran, dan untuk sumber daya.

Tambahan pin lainnya biasanya diperlukan untuk membantu memperbaiki

kelemahan Op-Amp yang tidak dapat diatasi di dalam IC, dan harus dilakukan dari

luar. Misalnya terdapat pin untuk tegangan offset, dan lain-lain.


3.3.2. Penguat Differensial (Differential Amplifier)

Gambar 3.2

Terdapat dua jenis penguatan pada penguat differensial ini. Jenis penguatan

pertama adalah penguatan mode selisih atau differential-mode (DM). Jika

penguatan terhadap selisih sinyal kita beri notasi μ, maka keluaran penguat

differensial atau Op-Amp, adalah :

12 VVVDM ............................................................. [1]

Selain penguatan terhadap selisih tegangan masukan, terdapat pula sejenis

penguatan lain, yang tidak terlihat disini, yaitu penguatan terhadap sinyal tegangan

masukan rata-rata. Tegangan rata-rata ini disebut tegangan mode bersama atau

common-mode (CM). Didefenisikan tegangan rata-rata dari kedua sinyal masukan

adalah :

2

21 VVVCM

................................................................. [2]

Jika penguatan tegangan bersama ini adalah g, maka penguatan total Op-

Amp ini akan menghasilkan tegangan di keluaran :

221

21

VVgVVVo ......................................... [3]

Tegangan yang dihasilkan penguatan bersama (common mode) tidak

diinginkan dari suatu penguat differensial. Untuk menunjukkan seberapa baik

kemampuan Op-Amp di dalam menguatkan selisih sinyal, didefinisikan sebuah

parameter kinerja Op-Amp yang disebut CMRR (Common Mode Rejection Ratio),

g

CMRR

..................................................................... [4a]


Perbandingan antar kedua penguatan ini lebih umum dinyatakan dalam

satuan dB (desibel),

gdBCMRR

log20 dB ............................................. [4b]

3.3.3. Op-Amp Dengan Umpan Balik

3.3.3.1. Penguat Inverting

Penguat ini memanfaatkan terminal inverting sebagai tempat sinyal masuk.

Terminal inverting, di-ground. Op-Amp dimisalkan ideal, dan terdapat impedansi

umpan balik (feedback impedance), Z', yang menghubungkan keluaran dengan

masukan.

Dengan Ri , IN praktis akan = 0, sehingga arus I yang mengalir melalui

Z akan diteruskan semuanya ke Z'. Kita lihat selisih tegangan masukan di kedua

terminal,

0Av

VoVi Av ............................................................... [5]

atau selisih = 0 Volt. Dengan terminal (-), inverting = 0 Volt, memberi kesan

seolah-olah (-) terhubung-singkat ke ground (padahal tidak). Karena itu terminal

(-) ini disebut juga ground semu atau virtual ground.

Av

Gambar 3.3. Penguat Inverting

Penguatan tegangan Op-Amp dengan konfigurasi inverting seperti

persamaan [5] menjadi,


Z

Z

ZI

ZI

Vs

VoAinv

.

. ............................................................ [6]

Artinya, penguatan pada konfigurasi ini hanya bergantung kepada nilai

perbandingan antara komponen Z dan Z'.

Rangkaian inverting pada Gambar 3.3 (a), dapat digantikan oleh model

sinyal kecil seperti yang diperlihatkan Gambar 3.3 (b).

Gambar yang terputus-putus merupakan impedansi Miller, yaitu impedansi

umpan-balik Z' yang terpaksa di”pindah”kan ke sisi masukan dan ke sisi keluaran.

Pemindahan ini dilakukan untuk mempermudah analisis. Penguatan dengan umpan

balik sekarang, Ainv,

YiYYAv

Y

YAinv

1 ..................................................... [7]

Dimana : Y', Y, dan Yi adalah admitansi masing-masing dari Z', Z, dan Ri. Av

adalah penguatan Op-Amp pada kondisi tanpa umpan-balik = μ. Dengan μ Op-

Amp besar, persamaan faktor penguatan inverting, Ainv, akan kembali ke

penguatan inverting seperti pada Op-Amp ideal, -Y/Y' = -Z'/Z.

3.3.3.2. Penguat Non-Inverting

Op-Amp dapat pula digunakan dalam konfigurasi non-inverting-nya.

Terminal non-inverting dipakai sebagai tempat sinyal masuk dengan terminal

satunya, inverting, di-ground (elemen tetap berada di tempatnya). Sinyal keluaran

akan sefasa dengan sinyal masukan.


Av

Vo

V1

+V

+

-

R’R

Vs-V

I2 = 0

I1 = 0

Gambar 3.4

Tegangan V1 di terminal inverting dapat dihitung,

VoRR

RV

1 ........................................................................... [8]

Dari rangkaian kita lihat juga,

VsVAvVO 1 dan Av ........................................... [9]

Pensubsitusian Vo ini ke persamaan [8] akan menghasilkan Aninv

R

R

R

RR

V

Vo

Vs

VoAninv

1

1

........................................... [10]

Terlihat penguatan pada konfigurasi non inverting selalu lebih besar dari 1.

Kondisi istimewa, yaitu dimana R = tak hingga dan R' = 0 diperoleh faktor

penguatan non inverting, Aninv = +1, tidak terjadi penguatan sama sekali,

penguatan hanya berfungsi sebagai voltage follower (penerus tegangan).

Dalam analisa penguat non-inverting di atas, dianggap bahwa :

(a) Tidak ada arus yang mengalir ke kedua masukan

(b) Potensial di kedua masukan adalah sama

3.3.4. Tegangan dan Arus Offset

Op-Amp yang ideal akan memberikan tegangan keluaran ideal, Vo = 0, bila

tegangan masukan V (inverting) = V (non-inverting).


Rumusnya sederhana, Vo = (penguatan Av) x (selisih tegangan masukan), Vo = 0.

Hal ini tidak pernah tercapai. Tegangan Vo tetap ada meskipun selisih = 0. Hal ini

disebabkan teknik pembuatan rangkaian terintegrasi yang rumit sehingga sukar

untuk mencapai kondisi ideal. Berikut akan dibahas faktor apa saja yang perlu

diperhatikan untuk mendekati ke kondisi Op-Amp ideal.

3.3.4.1. Tegangan Masukan Offset (Input Offset Voltage)

Arus masukan IB (disebut arus bias) yang diperlukan Op-Amp untuk bekerja,

tidak sama dikedua terminalnya. Untuk menyamakan, diusahakan dengan

menambahkan suatu tegangan offset (Vio, Voltage Input Offset) di antara kedua

terminal masukan, sehingga diperoleh Vo = 0. Tegangan masukan offset

diperlihatkan melalui kurva karakteristik Op-Amp pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5

Gejala Hanyut Tegangan Offset Masukan (Input Offset Voltage Drift).

Merupakan gejala pergeseran (hanyut) tegangan masukan offset yang terjadi atau

dipengaruhi oleh perubahan suhu (temperatur) : TVio

Arus Bias Masukan (Input Bias Current). Harga rata-rata dari arus masukan

pengatur tegangan offset masukan pada operational.


2

21 BBB

III

........................................................................ [11]

Untuk meminimisasi akibat dari arus ini di keluaran, diperlukan resistor yang sama

di setiap input.

Arus Masukan Offset (Input Offset Current), Iio. Perbedaan antara arus input

IB1 dengan IB2 yang terjadi meskipun penguat sudah seimbang 21 BB IIIio

pada Vo = 0. Tegangan keluaran, ioIZiVo .. .

Gejala Hanyut Arus Offset Masukan (Input Offset Current Drift). Gejala

perubahan arus offset masukan terhadap perubahan temperatur : TIio

Tegangan Output Offset (Output Offset Voltage), Voo. Beda tegangan DC

yang timbul antara terminal keluaran dengan ground (atau antara dua terminal

keluaran untuk jenis Op-Amp yang memiliki dua buah keluaran) pada kondisi

kedua terminal masukannya di-ground.

Vo = Voo

+

-

Gambar 3.6

Power Supply Rejection Ratio (PSRR). Adalah perbandingan perubahan

tegangan offset masukan Vio, terhadap perubahan tegangan sumber daya.

Kecepatan Naik Sinyal Keluaran (Slew Rate). Slew Rate adalah laju kecepatan

naik dari sinyal keluaran di dalam mengikuti tegangan masukan yang berubah

seketika : TVS


-V

2

3 +

-741IC

-V

Gambar 3.7

Teknik Kompensasi (Compensating Techniques). Sebelum kita menggunakan

Op-Amp harus dilakukan terlebih dahulu menyeimbangkan kerja Op-Amp, dalam

hal tegangan offset. Kompensasi dilakukan dengan memberikan sebuah tegangan

DC yang dapat diatur ke kaki-kaki IC Op-Amp (kalau IC tersebut mempunyai

fasilitas tersebut). Kalau belum, harus dibuat rangkaian khusus seperti yang

diperlihatkan Gambar 3.7. Tegangan sumber daya ganda (+V dan –V) dipasangkan

ke ujung potensiometer.

3.4.Tugas Pendahuluan

Pelajari lebih dulu lembaran data sheet Op-Amp tipe 741. Berapakah

CMRR-nya? Terangkan dan gambar sehingga jelas.

3.5.Percobaan

Pada percobaan ini praktikan akan mempelajari parameter-parameter statis

Op-Amp, inverting, dan non-inverting. Op-Amp jenis pertama adalah tipe 081,

sebuah Op-Amp generasi pertama yang terdiri atas rangkaian penguat differensial

satu tingkat. Op-Amp tidak mempunyai pin kompensasi serta rangkaian pengaman

(proteksi) masukan dan keluaran.

Tipe lainnya 356 dan 741, adalah generasi kedua dari penguat operasional,

Op-Amp memiliki rangkaian penguat differensial dua tingkat dan dilengkapi dengan

rangkaian kompensasi internal, serta pengamanan masukan dan keluaran. Parameter

statis yang dijamin oleh pabrik pembuat IC Op-Amp dituliskan pada lembaran data.

Percobaan mempelajari parameter statis ini adalah membandingkan dari

ketiga Op-Amp tersebut :


1. Resistansi Keluaran, Ro

2. Penguatan Terbuka (Open Loop Gain), Av

3. Resistansi Masukan, Rin

4. Arus dan Tegangan Offset Masukan

5. Arus Bias

6. CMRR

3.5.1. Pengukuran Resistansi Keluaran, Ro

1. Buat rangkaian seperti pada Gambar 3.8 dengan salah satu IC yang tersedia.

2. Masukkan tegangan dengan frekuensi rendah (misalnya, 100Hz) di-input.

Perhatikan batas tegangan boleh yang diberikan.

3. Ukur Vo tanpa beban.

4. Kemudian pasang beban dan atur RL hingga Vo = 0.5xVo(awal)

5. Dalam keadaan ini Ro = RL. Ukurlah RL ini (lepaskan RL dari rangkaiannya

terlebih dulu)

6. Catat Ro dari hasil pengukuran ini.

7. Ulangi langkah kerja 2 s.d. 6 untuk Op-Amp lainnya.

Gambar 3.8


3.5.2. Pengukuran Penguatan Terbuka

1. Masih menggunakan rangkaian Gambar 3.8

2. Masukkan sinyal tegangan dengan frekuensi rendah (100Hz) dan amplituda pada

batas-batas kemampuan IC.

3. Buat RL maksimum

4. Ukur tegangan keluaran Vo untuk tegangan Vo tertentu (periksa tegangan input

VA sehingga Op-Amp tidak saturasi)

5. Catat nilai Vo dan VE tersebut dan penguatan µ = 101 Vo/VL

6. Naikkan frekuensi dan tegangan input. Catat apa yang terjadi.

3.5.3. Pengukuran Resistansi Input, Ri

1. Buat rangkaian seperti Gambar 3.9 (bila Op-Amp adalah tipe TL081, buat

rangkaian offset dan atur offset terlebih dahulu)

VoRi

+V

+

-

R2

Rv2E

+V

-V

-V

R4

RL

S

R3

Rv1

R1

Gambar 3.9

2. Atur Vs pada frekuensi rendah, 100Hz, dan tegangan sesuai dengan batas-batas

kemampuan Op-Amp

3. Pada harga R = 0, ukur tegangan Vo

4. Pasang R dan catat harga Vo = Vo'

5. Resistansi input, Ri, adalah oVVo

oVRRi

2

6. Ulangi untuk IC yang lain


3.5.4. Pengukuran Tegangan Offset Input dan Pengaruh Suhu

Vo

+V

+

-

-V

R = 100K R’ = 100K

+

-

Vio

Gambar 3.10

1. Buat rangkaian seperti Gambar 3.10 (tidak perlu membuat rangkaian offset)

2. Tegangan offset input adalah VioR

RRVo

3. Ukur tegangan keluaran Vo

4. Tempelkan tegangan saudara di tubuh IC Op-Amp yang sedang diukur. Catat

berapa tegangan output sekarang dan berapa tegangan offset input


3.5.5. Pengukuran Arus Bias dan Arus Offset Input

Gambar 3.11

1. Buat rangkaian seperti Gambar 3.11

2. Terminal-A dihubung singkat dengan B. Catat harga Vo

3. Hitung harga arus input (non-inverting, IB1) dimana Vo = IB1 x 10M

4. Terminal-C dihubung singkat dengan D. Catat harga Vo

5. Hitung harga arus input non-inverting IB2 dimana Vo = IB2 x 10M

6. Tentukan IB dan arus input offset, Iio = IB1 = IB2

7. Ulangi untuk IC lainnya


3.5.6. Pengukuran CMRR

Gambar 3.12


2. Buat harga tegangan Vs sehingga Vi masih pada batas-batas kemampuan Op-

Amp dan atur frekuensi pada 100Hz. Lihat spesifikasi di lembaran data

3. Catat harga tegangan Vo pada nilai Vs tersebut

4. Hitung nilai CMRR, Vor

VsRRCMRR

.

3.5.7. Penguat Inverting


2. Tabelkan resistor yang diberikan dari yang kecil Ra sampai dengan yang besar

Rd

3. Hubungkan sumber daya ke Op-Amp, sebelumnya diatur dulu tegangan sesuai

dengan yang di data sheet

4. Pilih R1 dan R2 diantara resistor Ra, Rb, Rc sesuai dengan tabel

5. Tegangan DC = 0.1 Volt diberikan untuk Vi

6. Nyalakan tegangan sumber daya

7. Ukur tegangan keluaran Vo dan catat!

8. Ulangi untuk harga R1 dan R2 yang berlainan sesuai dengan data pengamatan


9. Ulangi langkah kerja 4 s.d. 8 dengan tegangan input berupa sinyal sinus dengan

frekuensi 1000Hz dan amplitudo puncak 100mV

Gambar 3.13

3.5.8. Penguat Non-Inverting

1. Buatlah rangkaian percobaan seperti Gambar 3.14

2. Buat tabel harga resistor yang tersedia mulai dari yang terkecil Ra, sampai

dengan yang terbesar Re

Gambar 3.14

3. Atur tegangan sumber sesuai dengan di data sheet

4. Pasang tegangan DC untuk Vi sebesar 100mV

5. Amati tegangan output dan catat


6. Ulangi prosedur 3 s.d. 5 tetapi dengan tegangan input V1 dari sumber AC:

generator sinyal dengan frekuensi 1 KHz (gelombang sinus) dan amplitudo

100mV puncak

3.6.Lembaran Kerja


3.6.1.1. Hasil Pengamatan

Catatlah semua hasil yang diperoleh dan pindahkan ke tabel pengamatan untuk

pengukuran penguatan terbuka (open loop gain), pengukuran resistansi input,

pengukuran arus bias dan arus offset input, pengukuran CMRR, dan karakteristik

statis.

3.6.1.2. Kesimpulan

1. Dari hasil pengukuran karakteristik statis ini, manakah IC Op-Amp yang terbaik

menurut anda?

2. Apakah hasil pengukuran sesuai dengan data sheet?

3.6.1.3. Perhitungan

1. Turunkan persamaan open loop gain, dari rangkaian pengukuran (Gambar 3.8)!

2. Bila anda diminta mendisain instrumen penerbangan yang akan digunakan di

ruangan yang tidak ber-air conditioning. IC manakah yang anda pilih?

3. Percobaan penguat inverting

Hitung penguatan tegangan dari penguat inverting dari pengamatan maupun

teoritis (berdasarkan R1 dan R2). Bandingkan hasilnya dan jelaskan mengapa

terjadi penyimpangan

4. Percobaan non-inverting

Hitung penguatan tegangan dari penguat non-inverting baik dari pengamatan

maupun secara teoritis (berdasarkan harga R1, R2, dan R3). Bandingkan hasilnya

dan jelaskan mengapa terjadi penyimpangan!





WAKTU : 3 jam

KODE : ELO 143 TOPIK : Dasar Penguat


1. Mencari impedansi input dan output sebuat penguat transistor bipolar dengan

konfigurasi CE (Common Emitter).

2. Menentukan penguatan tegangan suatu penguat CE.


1. Kit Praktikum Dasar Penguat

2. CRO

3. Generator Sinyal

4. Sumber Daya

5. Multimeter

6. Kabel Penghubung

4.3. Teori Singkat

4.3.1. Impedansi Input

Impedansi input Zin atau Rin suatu penguat didefinisikan sebagai

perbandingan antara tegangan sinyal input terhadap arus inputnya.

in

inin

I

VR ...................................................................................... [4.1]


Gambar 4.1

Ada dua cara untuk mengukur impedansi input, yaitu :

a. Cara Pertama,

Adalah dengan menghubungkan suatu resistor RX1 yang diketahui

resistansinya. Tegangan jatuh RX1 dapat diukur. Arus IX = Iin, dan dapat kita peroleh

dengan menghitung melalui hukum Ohm. Tegangan sinyal input kita peroleh dari

pengukuran tegangan antara terminal B dengan C. Dari hasil ini Rin dapat dihitung.

b. Cara Kedua,

Adalah dengan menghubungkan resistor variabel RX1 pada terminal A-D.

Resistor RX1 diubah sampai tegangan antara terminal B-C setengah harga Vs. Besar

resistansi RX1 sama dengan impedansi input yang dicari. Impedansi input penguat

CE (Common Emitter) ini dapat dinaikkan dengan menambahkan resistor umpan

balik (degeneratif) RE di kaki emiter transistor. Yang perlu diperhatikan adalah

penambahan kapasitor pelolos (bypass) CE yang biasanya dipakaikan untuk

menghilangkan efek degenerasi bagi sinyal bolak-balik.

4.3.2. Impedansi Output

Impedansi output Zo suatu penguat dapat ditentukan dengan menambahkan

resistor variabel RX2. Tegangan keluaran Vo kemudian diukur dalam keadaan tanpa

beban. Beban variabel RX2 kemudian dihubungkan dan diatur hingga diperoleh


tegangan output = separuh nilai tegangan tanpa beban tadi. Besar resistansi beban

sekarang, adalah sama dengan besar impedansi output Zo penguat yang dicacat.

4.3.3. Penguat Daya dan Tegangan

Penguatan tegangan didefinisikan sebagai :

in

out

V

VAv ..................................................................................... [4.2]

Dengan pengukuran yang sudah dilakukan, kita dapat menghitung besarnya

penguatan tegangan.

Penguatan daya didefinisikan sebagai :

in

out

P

PP ...................................................................................... [4.3]

Daya input dan output dapat dihitung bila tegangan input, tegangan output,

impedansi input, dan impedansi output diketahui. Dengan memasukkan nilai-nilai di

atas, dapat kita peroleh besar penguatan daya penguat CE tersebut. Penguatan daya

biasanya dinyatakan dalam dB,

in

out

P

PdBPdaya log10)( .......................................................... [4.4]

4.3.4. Fasa Input dan Fasa Output

Dengan menggunakan CRO, perbedaan fasa antara sinyal input dan sinyal

output penguatan dapat diamati.


1. Hitung besarnya impedansi input, impedansi output, dan penguatan daya

rangkaian penguat Gambar 4.1

2. Jelaskan cara mengukur impedansi input dan output dengan metoda penggunaan

resistor variabel RX.


4.5. Percobaan

4.5.1. Mencari Impedansi Input

1. Hubungkan RE = 4.7Ω di emitor transistor. VCC = 12 Volt, dan aturlah Vs =

100mVpp (tegangan puncak-puncak). Jaga agar Vs konstan selama melakukan

percobaan.

2. Atur RX1 sehingga diperoleh VBC = 50 mVpp. Kemudian ukur dan catat harga

RX1.

3. RE diganti menjadi 47Ω. Ulangi langkah kerja 2!

4. Dengan menggunakan kabel penghubung. Hubungkan CE =10μ

4.5.2. Mencari Impedansi Output

1. Masih dengan rangkaian percobaan Mencari Impedansi Input, langkah kerja 4.

Resistor RX1 dihubung singkat. VCC = 12 Volt. Ukur dan catat tegangan Vo pada

keadaan terbuka (tanpa RX2)

2. Hubungkan RX2 pada output sebagai beban; sinyal input dijaga konstan dengan

menghubung serikan kapasitor dan RX2.

3. Atur RX2 sehingga diperoleh Vo sama dengan separuh nilai tegangan tanpa

beban. Ukur dan catat harga RX2.

4.5.3. Mencari Faktor Penguatan

1. Rangkaian penguat sama dengan Gambar 4.1, dengan RX1 dihubung singkat, dan

RE = 4.7Ω.

2. Buat Vs = 100 mVpp dan VCC = 12 Volt. Amati bentuk tegangan input dan

output di CRO, dan catat harga tegangannya.

3. Ulangi untuk percobaan 47Ω.

4. Dengan menggunakan kabel penghubung, hubungkan kapasitor CE = 10μF

paralel dengan RE = 47Ω. Ulangi langkah kerja 2.

4.6. Lembaran Kerja


Gunakan tabel karakteristik transistor 2N2219


1. Dari hasil percobaan, hitung nilai impedansi input dan impedansi output untuk

harga RE = 4.7Ω, RE = 47Ω, dan RE = 47Ω paralel dengan CE = 10μF.

2. Jelaskan pengaruh R1, R2, dan RE terhadap impedansi input!

3. Dari hasil percobaan, hitung besar penguatan daya untuk masing-masing harga

RE

4. Apakah pengaruh pembebanan terhadap penguatan tegangan? Jelaskan!





WAKTU : 3 jam

KODE : ELO 143 TOPIK : Penguat daya


1. Mempelajari bermacam-macam penguatan daya.

2. Mengamati besar cacat atau distorsi sinyal yang terjadi pada penguat daya.

3. Mengetahui besar efisiensi daya penguat.


1. Kit Praktikum Penguat Daya

2. CRO

3. Generator Sinyal

4. Distorsimeter

5. mA-meter DC

6. Voltmeter DC

7. Kabel Penghubung

5.3. Teori Singkat

Macam-macam penguat yang akan digunakan dalam percobaan ini, yaitu

penguat daya kelas A, penguat daya kelas B, penguat daya push-pull kelas B,

penguat daya push-pull kelas AB. Klasifikasi ini disusun menurut letak titik-kerja

transistor penguat, dalam hal ini transistor bipolar.


5.3.1. Penguat Daya Kelas A

Gambar 5.1. Sinyal Keluaran Penguat Kelas A

Penguat ini dioperasikan pada titik-kerja yang meskipun tanpa sinyal input,

transistor tetap aktif dan siap beroperasi (standby). Titik-kerja transistor dipilih di

atas titik cut-off (padam) dan diatur sedemikian hingga besar sinyal input dikuatkan

seutuhnya. Adapun gambar sinyal output terlihat pada Gambar 5.1.

5.3.2. Penguat Daya Kelas B

Titik-kerja transistor diatur dan dipilih tepat di titik cut-off-nya. Dalam

keadaan tanpa sinyal, transistor tidak aktif. Baru dengan sinyal input, sinyal output

akan ada. Dalam hal ini bentuk sinyal output adalah setengah gelombang. Gambar

5.2 menunjukkan bentuk sinyal output penguat daya kelas B.

Gambar 5.2. Sinyal Output Penguat Kelas B

5.3.3. Penguat Daya Kelas AB

Titik-kerja transistor penguat dipilih sedikit di atas titik cut-off-nya. Titik

kerja terletak antara kelas A dan kelas B. Penguat akan mengeluarkan sinyal dengan

bentuk sedikit lebih besar dari setengah gelombang tetapi lebih kecil dari gelombang

penuh. Gambar 5.3 menunjukkan bentuk sinyal output penguat daya kelas AB.


Gambar 5.3. Sinyal Output Penguat Kelas AB

5.3.4. Penguat Daya Kelas C

Pada penguat jenis ini, titik-kerja trasistor dipilih sedemikian rupa hingga

sinyal output akan berbentuk kurang dari setengah gelombang. Bentuk gelombang

outputnya akan seperti Gambar 5.4.

Gambar. 5.4. Sinyal Output Penguat Kelas C

Setiap kelas penguat mempunyai efisiensi yang didefinisikan :

%100xdayasumberdaridiambilyangDCdaya

bebankediberikanyangACdaya .......... [5.1]

Dari empat kelas penguat, penguat kelas C adalah penguat yang memiliki

efisiensi paling tinggi. Tetapi seperti yang kita lihat dari gambar output masing-

masing kelas, bentuk sinyal output kurang dari setengah gelombang (cacat).

Sebaliknya pada penguat kelas A, bentuk gelombang adalah utuh tetapi efisiensinya

paling rendah.


Catatan :

a. Penurunan rumus efisiensi dapat dibaca pada buku karangan Paul R.Gray dan

Robert G.Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, John Wiley

& Sons, 2nd Edition, 1984.

b. Daya Dc dari sumber daya dapat ditentukan dengan mengukur arus kolektor

yang mengalir pada transistor penguat daya.

Untuk memperoleh efisiensi lebih tinggi dengan cacat gelombang output

yang kecil, dipakai rangkaian push-pull kelas AB atau kelas B. Karakteristik dinamis

dengan letak titik-kerja masing-masing kelas penguat diperlihatkan Gambar 5.5.

Gambar 5.5. Titik-Kerja Karakteristik Transfer Dinamis Kelas Penguat Daya

5.3.5. Penguat Daya Push-Pull

Pada penguat transistor dengan input berupa sinyal besar (maka disebut

penguat daya), distorsi sinyal output akan terjadi karena disebabkan oleh ketidak

linieran karakteristik transfer (alih) dari penguat. Lihat Gambar 5.5. Distorsi atau

cacat ini dapat dihilangkan dengan menggunakan rangkaian penguat push-pull.


Gambar 5.6. Rangkaian Penguat Push-Pull

Rangkaian penguat mempergunakan dua buah transistor yang identik (sama

karakteristiknya), dimana masing-masing akan menguatkan sinyal secara bergantian.

Sinyal input di kedua transistor tersebut mempunyai amplitudo sama tetapi berbeda

fasa 180°. Trafo output dipakai untuk memisahkan beban dari penguat.

Seperti penguat biasa, penguat push-pull juga dapat diklasifikasikan menjadi

penguat push-pull kelas AB dan kelas B. Penggunaan penguat jenis kelas AB

ternyata mendatangkan cacat jenis baru. Sinyal output dari masing-masing penguat,

tidak ”sambung”. Cacat ini disebut cacat cross over. Untuk menghilangkannya,

dipergunakan penguat push-pull kelas B.


1. Apa yang dimaksud dengan penguat daya? Apa bedanya dengan penguat biasa?

2. Parameter-parameter apa saja yang menentukan kualitas suatu penguat daya

3. Pada Gambar 5.6 terdapat 2 buah trafo, apa gunanya? Jelaskan beserta gambar

sinyal. Bisakah digantikan dengan rangkaian lain?


5.5. Percobaan

5.5.1. Penguat Daya Kelas A

Pelajari rangkaian penguat daya kelas A di bawah ini.

Gambar 5.7. Rangkaian Penguat Daya Kelas A

1. Hubungkan generator sinyal (1 kHz) ke input rangkaian

2. Ukur arus kolektor transistor Q2 dan tegangan output Vo untuk berbagai macam

input.

3. Perhatikan batas arus maksimum = 60 mA (jangan dilampaui). Atur tahanan

variabel RV2 dan amati sinyal output hingga diperoleh bentuk sinyal bebas

distorsi.

4. Catat tegangan input pada saat output tepat menjadi distorsi. (RV2 tidak dapat

diubah lagi karena arus maksimum 60 mA). Ukurlah distorsi-nya dengan

distorsimeter.

5.5.2. Penguat Daya Kelas B

Pelajari rangkaian penguat daya kelas B di bawah ini.


Gambar 5.8. Rangkaian Penguat Daya Kelas B

1. Hubungkan generator sinyal (1 kHz) pada input rangkaian.

2. Ukur arus kolektor transistor Q2 dan tegangan output untuk input berbeda.

3. Amati gambar atau bentuk sinyal output.

5.5.3. Penguat Push-Pull Kelas B

Pelajari rangkaian penguat push-pull kelas B di bawah ini.

Gambar 5.9. Rangkaian Push-Pull Kelas B


2. Ukur tegangan output penguat push-pull di atas, arus kolektro Q2 dan tegangan

output penguat awal (pre-amp) untuk input berbeda-beda.


3. Ukurlah distorsi cross-over sinyal output dengan distorsimeter.

5.5.4. Penguat Push-Pull Kelas AB

Pelajari rangkaian penguat push-pull kelas AB di bawah ini.

Gambar 5.10. Rangkaian Penguat Push-Pull Kelas AB


2. Ukur tegangan output penguat push-pull di atas, arus kolektor Q2, dan tegangan

output penguat awal untuk input berbeda.

3. Ukurlah distorsi cross-over sinyal output dengan distorsimeter.

4. Ubah-ubahlah potensio RV2 sehingga cacat hilang. Ukur arus kolektornya dan

distorsi yang tersisa (masih ada, dalam %).

5.6. Lembaran Kerja


1. Jelaskan kenapa penguat kelas C dikatakan memiliki efisiensi yang paling baik

dibandingkan dari penguat kelas lainnya! Dan jelaskan juga kenapa penguat

kelas A walaupun memiliki sinyal output yang utuh tetapi tidak memiliki

efisiensi yang baik! Jelaskan secara matematis!

2. Turunkan rumus dari masing-masing penguat (sampai didapatkan output)!

3. Jelaskan sinyal output dari masing-masing penguat berdasarkan referensi yang

ada miliki (minimal 2 referensi)!





WAKTU : 3 jam

KODE : ELO 143 TOPIK : Rangkaian logika


1. Mempelajari jenis rangkaian logika

2. Mempelajari cara kerja rangkaian logika


1. Kit Praktikum Rangkaian Logika

2. Multimeter

3. Sumber Daya

4. Kabel Penghubung

6.3. Teori Singkat

Dalam sebuah sistem elektronika digital, dibutuhkan rangkaian logika berupa

gerbang (gate), antara lain : AND, OR, NOT, NAND, dan NOR. Di sini akan

dilakukan percobaan mengenai cara kerja dari rangkaian logika tersebut di atas.

Catatan : Pada praktikum ini digunakan logika positif, yaitu notasi ”1” dipakai

untuk menyatakan tegangan positif atau tinggi (high level) sedangkan notasi ”0”

dipakai untuk menyatakan tegangan nol atau rendah (low level).

6.3.1. Gerbang AND

A B Y

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

(a) (b)


Gambar 6.1. Gerbang AND :

(a) Simbol Gerbang AND

(b) Tabel Kebenaran Gerbang AND

(c) Rangkaian Dioda Untuk Gerbang AND

(d) Rangkaian Transistor Untuk Gerbang AND

Gambar 6.1 adalah simbol, tabel kebenaran, rangkaian dioda, dan rangkaian

transistor dari gerbang AND.

6.3.2. Gerbang OR

Gambar 6.2 adalah simbol, tabel kebenaran, rangkaian dioda, dan rangkaian

transistor dari gerbang OR.

A B Y

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

(a) (b)


Y

+ 5V

(d)

Q1 Q2180 ohm180 ohm

8.2K 8.2K

A B

8.2K

Gambar 6.2. Gerbang OR :

(a) Simbol Gerbang OR

(b) Tabel Kebenaran Gerbang OR

(c) Rangkaian Dioda Untuk Gerbang OR

(d) Rangkaian Transistor Untuk Gerbang OR

6.3.3. Gerbang NOT

Gambar 6.3 adalah simbol, tabel kebenaran, dan rangkaian transistor dari gerbang

NOT.

A Y

0 1

1 0

(a) (b)

Gambar 6.3. Gerbang NOT :


(a) Simbol Gerbang NOT

(b) Tabel Kebenaran Gerbang NOT

(c) Rangkaian Transistor Untuk Gerbang NOT

6.3.4. Gerbang NAND

Gerbang NAND merupakan gabungan antara gerbang AND dan gerbang

NOT. Gambar 6.4 adalah simbol, tabel kebenaran, dan rangkaian transistor dari

gerbang NAND.

A B Y

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

(a) (b)

Gambar 6.4. Gerbang NAND :

(a) Simbol Gerbang NAND

(b) Tabel Kebenaran Gerbang NAND

(c) Rangkaian Transistor Untuk Gerbang NAND


6.3.5. Gerbang NOR

Gambar 6.5 adalah simbol, tabel kebenaran, dan rangkaian transistor dari gerbang

NOR.

A B Y

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

(a) (b)

+ 5V

(c)

Q1 Q2180 ohm180 ohm

8.2K 8.2K

A B

8.2K

Q

820 ohm

Y

180 ohm

+ 5V

Gambar 6.5. Gerbang NOR :

(a) Simbol Gerbang NOR

(b) Tabel Kebenaran Gerbang NOR

(c) Rangkaian Transistor Untuk Gerbang NOR

Selain realisasi gerbang dengan menggunakan komponen diskrit, dapat juga

digunakan rangkaian terintegrasi (integrated circuit disingkat IC) yang tersedia

banyak di pasaran. Sebagai contoh, pada percobaan chapter ini akan digunakan IC

tipe SN7400. IC ini berisi 4 buah gerbang NAND, masing-masing dengan dua input

(lihat Gambar 6.6). Sedang diagram rangkaian elektronika dari tiap gerbang, adalah

seperti yang terlihat pada Gambar 6.7.


Gambar 6.6

Gambar 6.7


Pada Gambar 6.1 (c) dan (d), manakah yang merupakan implementasi yang

lebih baik untuk gerbang AND? Jelaskan secara detail dengan gambar?

6.5. Percobaan

6.5.1. Gerbang AND, OR, NOT, NAND, dan NOR

1. Realisasikan gerbang AND dengan dioda dan resistor dan lakukan percobaan.

2. Dapatkan tabel kebenaran untuk setiap rangkaian (AND, OR, dan NOT). Ukur

arus dan tegangan output setiap rangkaian.

3. Kombinasikan rangkaian gerbang AND, NOT, dan OR untuk mendapatkan

gerbang NAND dan NOR. Tuliskan tabel kebenarannya, dan ukur tegangan serta

hitung arus output setiap rangkaian.

4. Buat tabel kebenaran NAND dari IC type SN 7400.


5. Bentuklah gerbang AND dan OR dari IC NAND SN 7400. Tulislah tabel

kebenarannya.

6. Bandingkan hasil perhitungan tegangan dan arus output secara teoritis dengan

hasil pengamatan langkah kerja 2 dan 3.

7. Buat kesimpulan tentang percobaan yang dilakukan.

6.5.2. EXOR Dengan Gerbang NAND

1. Buatlah rangkaian seperti Gambar 6.8, dengan menggunakan IC SN 7400

VCC

ground1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

7400

(b)

Gambar 6.8. Gerbang EXOR Dengan Menggunakan Gerbang NAND

(a) Gambar Rangkaian Dengan NAND

(b) IC SN 7400

2. Hubungkan output gerbang dengan LED

3. Hubungkan S1, S2 dengan input

4. Hubungkan +VCC ke pin 14 dan Ground ke pin 7

5. Hubungan rangkaian dengan power supply 5 Volt

6. Hidupkan power supply

7. Lakukan percobaan dan catat hasilnya dalam Tabel Kebenaran


6.5.3. EXOR Dengan Gerbang NOR


(b)

VCC

ground1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

7402

Gambar 6.8. Gerbang EXOR Dengan Menggunakan Gerbang NOR

(a) Gambar Rangkaian Dengan NOR

(b) IC SN 7402


3. Hubungkan S1, S2 dengan input

4. Hubungkan +VCC ke pin 14 dan ground ke pin 7

5. Hubungkan rangkaian dengan power supply 5 Volt


7. Lakukan percobaan dan catat hasilnya dalam Tabel Kebenaran

6.6. Lembaran Kerja


1. Buatkan simbol dan tabel kebenaran dari gerbang EXOR !

2. Sebutkan fungsi dan aplikasi dari masing-masing rangkaian logika!





WAKTU : 3 jam

KODE : ELO 143 TOPIK : Flip-flop


Mengetahui dan mempelajari aplikasi-aplikasi lanjutan dari gerbang

rangkaian logika.


1. Kit Praktikum Rangkaian Flip-Flop

2. Multimeter

3. Sumber Daya

4. Kabel Penghubung

7.3. Teori Singkat

7.3.1. Reset-Set Latch (RS) Flip-Flop Dengan Gerbang NOR

Gambar 7.1 merupakan gambar rangkaian RS Flip-Flop dengan

menggunakan gerbang NOR.


Gambar 7.1. RS Flip-Flop Dengan Gerbang NOR

7.3.2. Reset-Set Latch (RS) Flip-Flop Dengan Gerbang NAND

Gambar 7.2 merupakan gambar rangkaian RS Flip-Flop dengan

menggunakan gerbang NOR.

(a)

(b)

Gambar 7.2. RS Flip-Flop Dengan Gerbang NAND


7.3.3. D Flip-Flop

Gambar 7.3 merupakan gambar rangkaian D Flip-Flop dengan menggunakan

IC SN 7474.

Gambar 7.3. D Flip-Flop Dengan IC SN 7474

7.3.4. T Flip-Flop

Gambar 7.4 merupakan gambar rangkaian T Flip-Flop dengan menggunakan

IC SN 7474.

Q

QSET

CLR

D

7474

A K

LED

A K

LED

Q

MMV

Gambar 7.4. T Flip-Flop Dengan Gerbang IC SN 7474


1. Apa yang dimaksud dengan MMV? Jelaskan dengan gambar!

2. Buatlah tabel kebenaran dari masing-masing flip-flop! Beserta bentuk sinyalnya.

3. Sebutkan aplikasi dari flip-flop di dunia industri (masing-masing flip-flop)!


7.5. Percobaan

7.5.1. RS Flip-Flop Dengan Gerbang NOR


VCC

ground

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

7402

Gambar 7.5. IC SN 7402


3. Hubungkan S1, S2 dengan switch




7. Lakukan percobaan dan catat hasilnya, serta buat tabel kebenaran

7.5.2. RS Flip-Flop Dengan Gerbang NAND

(A).

1. Buat rangkaian seperti Gambar 7.2 (a), dengan menggunakan IC SN 7400


2. Hubungkan output dengan LED

3. Hubungkan S1, S2 dengan switch





7. Lakukan percobaan, berikan input yang bervariasi melalui S1 dan S2, kemudian

catat hasilnya, serta buat tabel kebenaran

(B).

1. Buat rangkaian seperti Gambar 7.2 (b), dengan menggunakan IC SN 7400


3. Hubungkan S1, S2, S3 dengan switch




7. Lakukan percobaan, berikan input yang bervariasi melalui S1, S2, dan S3,

kemudian catat hasilnya, serta buat tabel kebenaran

7.5.3. D Flip-Flop Dengan IC SN 7474

1. Buat rangkaian seperti Gambar 7.3, dengan menggunakan IC SN 7474

Q

QSET

CLR

D

VCC

ground

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

Q

QSET

CLR

D



3. Pilih salah satu D flip-flop dengan berpedoman pada Gambar 7.3


5. Hubungkan MMV ke modul percobaan




8. Lakukan percobaan, berikan input yang bervariasi melalui input data ”D”,

kemudian catat hasilnya, serta buat tabel kebenaran

7.5.4. T Flip-Flop Dengan IC SN 7474

1. Buat rangkaian seperti Gambar 7.4, dengan menggunakan IC SN 7474


3. Pilih salah satu D flip-flop dengan berpedoman pada Gambar 7.4


5. Hubungkan MMV ke modul percobaan



8. Lakukan percobaan, berikan data melalui output _

Q , kemudian catat hasilnya,

serta buat tabel kebenaran

7.6. Lembaran Kerja


1. Kenapa dikatakan Reset-Set Latch Flip-Flop dan apa fungsinya?

2. Apa perbedaan D FF dan T FF? Jelaskan!

3. Multiplexer dan Demultiplexer termasuk flip-flop. Menurut anda benarkan

pernyataan ini? Jelaskan!

elektronika analog dan digital - repository.unp.ac.idrepository.unp.ac.id/16736/1/job sheet...

Documents